ЦЕМЕНТ ДЛЯ КЛАДОЧНЫХ РАСТВОРОВ – НОВЫЙ ВИД ВЯЖУЩЕГО

УДК 691.53

Иржи Брожовски, Петр Мартинец
Технический университет Брно, Чешская республика

1. Введение

Цемент для кладочных растворов является одной из разновидностей цементов в строительстве. ЦЕМЕНТ ДЛЯ КЛАДОЧНЫХ РАСТВОРОВ – НОВЫЙ ВИД ВЯЖУЩЕГОВ 2004 году вступил в силу в Чешской республике европейский стадарт на новый вид цемента ЧСН ЕН 413-1. «Цемент для кладочных растворов Часть 1: Состав, спецификация и критерии соответствия». В отличие от смешанных портландских цементов, изготовляемых по ЧСН ЕН 197-1. «Цемент. Часть 1: Состав, технические требования и критерии соответствия обычных цементов». Для производства этого вида цемента  можно кроме доменного гранулированного шлака использовать и другие промышленные отходы, например, сталеплавильный шлак, котельный шлак и шлак ТЭЦ (дальше только котельный шлак). В статье приводятся результаты работ по использованию сталеплавильного и котельного шлаков ТЭЦ  для производства цемента для кладочных растворов.

2. Требования ЧСН ЕН 413-1 на  цементы для кладочных растворов 

Требования ЧСН ЕН 413 -1 к техническим характеристикам цементов для кладочных растворов определены следующим образом:

Цемент для кладочных растворов — это изготовленное промышленным способом тонкомолотое гидравлическое вяжущее, прочность которого достигается путем добавления портландского клинкера. При смешивании только с песком и водой без добавки других веществ можно изготовить строительный раствор для внутренней и внешней штукатурки и кладки.

Цемент для кладочных растворов содержит портландцементный клинкер, в случае необходимости органические вещества табл. 1.

Марки цементов для кладки и требования к их составу

Требования к цементам для кладочных растворов приводятся в табл. 2.

Требования  к свойствам и прочности цементов по  ЧСН ЕН 413 - 1

3.  Сырье для производства цемента

Для производства цемента для кладочных растворов был использован клинкер цементного завода в городе Мокра, сталеплавильный шлак из города Тржинце, котельный шлак Тржебовице и гипс, возникающий в результате сероочистки дымовых газов в теплоэлектростанции в городе Прунержов.

Основные параметры сырья, использованного для изготовления цементов приведены в табл. 3-5.

Химический состав сырья для производства цемента

Удельные поверхности и массы компонентов цементов

Фазовый состав сырья для производства цемента

4. Методика испытаний

а/ Определение начала и конца схватывания осуществлялось в соответствии с  ЧСН ЕН 196 – 3 (Прибор Вика).

б/ Oпределение изменения объема цемента осуществлялось способом, приведенном в ЧСН ЕН 196 – 3 ( Прибор Ле Шателье).

в/ Определение прочности осуществлялось в соответствии со стандартами ЧСН ЕН 196 — 1. Для испытаний прочности на сжатие и прочности на растяжение при изгибе были изготовлены образцы-балочки 40x40x160 мм, с помощью метода, приведенного в  ЧСН ЕН 196 — 1 (стандартный раствор — 1:3=вяжущее:кварцевый песок с непрерывной кривой гранулометрического состава, В/Ц = 0,50). Изготовленные балочки находились в течение суток во влажной среде. После распалубки балочки находились до момента испытаний в воде при температуре 19 — 21 oЦ. Прочность цемента для определения марки определяли в возрасте 7 и 28 и далее в возрасте 90 суток, 1 и 3-х лет после определения долговременных прочностей цемента. У образцов цемента с содержанием сталеплавильного шлака проводилось испытание фазового состава с помощью рентгеноструктурного анализа для определения изменений, в результате которых цемент мог бы распадаться.

5. Состав и подготовка испытываемых цементов

Переменными были — разные концентрации клинкера, сталеплавильного и котельного шлака в вяжущем. Гипс прибавлялся в количестве 4-6% от веса клинкера в вяжущем. Состав отдельных смесей вяжущего приводится в таблицах с результатами испытаний (табл. 6 и 7).

Фазовый состав цементов после 3 летнего твердения в воде

Результаты испытаний прочности цементов состава сталеплавильный шлак + клинкер + гипс

Вяжущие вещества подготавливались из заранее измельченных отдельных составных частей, перемешанных в гомогенизаторе в течение 5 часов.

6. Результаты испытаний 

Фазовый состав цементов со сталеплавильным шлаком после 3 летнего твердения приводится в табл. 6.

Результаты испытаний приведены в табл. 7 (цементы со сталеплавильным шлаком) и 8 (цементы с котельным шлаком ТЭЦ).

Результаты испытаний прочности цементов состава котельный шлак + клинкер + гипс

7.  Анализ результатов испытаний 

Анализируя полученные результаты испытаний, можно сделать следующие выводы:

Прочность на сжатие цементов для кладочных растворов повышается с увеличением содержания клинкера в вяжущем.

Увеличение прочностей выражаемое в процентах у цементов со сталеплавильным шлаком меньше по сравнению с прочностями цементы с содержанием котельного шлака однако абсолютные значения прочностей на сжатие цементов со сталеплавильным шлаком были больше чем у цементов из котельного шлака на 4 — 13 MПa.

Начало, время твердения и изменения объема соответствуют требованиям стандарта ЧСН ЕН 413-1.

а/ Цементы для кладочных растворов со сталеплавильным шлаком

Цементы с 25-30% содержанием сталеплавильного шлака отвечали требованиям, предъявляемым к прочности класса 5, или смесь с 30% содержанием клинкера для класса прочности 12,5.

Цементы, изготовленные из сталеплавильного шлака с 40-45% содержанием клинкера, отвечали требованиям для класса прочности 22,5.

Цементы в возрасте 90 суток имеют прочности на сжатие на 20-50% больше, в возрасте 1 года на 41-82% и в возрасте 3 лет на 49-89% больше чем прочности на сжатиие, определяемые в возрасте 28 суток.

Самое большое увеличение в возрасте 28 суток было определено у вяжущего с 70% содержанием сталеплавильного шлака.

После 3 лет твердения в воде у цементов для кладки не наблюдались изменения в микроструктуре в результате распада сталеплавильного шлака. В течение исследований наблюдалось, постоянное повышение прочности цемента.

б/ Цементы для кладочных растворов с котельным шлаком

Цементы с 25-30% содержанием клинкера (минимум 25 %) в соответствии с прочностью на сжатие в возрасте 28 суток отвечают требованиям ЧСН ЕН 413-1 для класса прочности 5.

Цементы с 40-45% содержанием клинкера (минимум 40%) отвечают требованиям класса прочности 12,5.

Цементы в возрасте 90 суток дают прочности на сжатие на 61-87% больше, в возрасте 1 года на 85-114% больше и в возрасте 3 лет на 136-192 % больше, чем были прочности на сжатие, определенные в возрасте 28 суток.

Самое большое увеличение прочности было у вяжущего с 60% содержанием котельного шлака ТЭЦ.

8. Выводы

На основании полученных результатов можно утверждать, что применение сталеплавильного шлака и котельного шлака ТЭЦ для изготовления цементов для кладки является реальным. При одинаковом содержании шлака в вяжущем можно, используя сталеплавильный шлак, достичь более высоких классов прочностей, чем у цементов с добавкой котельного шлака ТЭЦ.

Работа была осуществлена благодаря поддержке  проекта MSM 0021630511  „Прогрессивные строительные материалы с использованием строительных отходов и их влияние на долговечность конструкций“.

Библиографический список

1. Р. Дрохитка и кол., Прогрессивные строительные материалы с использованием строительных отходов и их влияние на долговечность конструкций. И. Брожовски : Часть 3 Долговечность бетонов. Технический университет Брно, 2006, Годовой отчет проекта ВВЗ ЦЕЗ МСМ : 0021630511  (на чешском)

2. j. BroZovskY, J. BroZovskY, Jr., Cement strength testing by means of ultrasonic pulse method.  In Conference Advanced testing of fresh cementitious materials August 3-4, 2006, Stuttgart, Germany ed. Deutsche Geselschaft fűr Zerstőrungsfreie Prűfung e.V. (DGZfP) p. 335-340, ISBN 3 –980 8542-6-4

3. j. BroZovskY, P. MARTINEC,P., BroZovskY, Jr., Time Flow of Gypsumfree Cements Strength Development. In International Symposium Compunational Civil Engineering 2006, ed. Iasi, Romania: SOCIETĂŢII ACADEMICE «MATEI-TEIU BOTEZ», p. 107-112, ISBN 973-7962-89-3